基于自然特征的航天器相對導(dǎo)航方法及實驗研究.pdf

1、相對導(dǎo)航技術(shù)是交會對接和空間在軌服務(wù)等航天器接近操作中的一項關(guān)鍵技術(shù)。本文針對相對導(dǎo)航任務(wù)及航天器自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),提出了基于單目視覺點(diǎn)線結(jié)合及雙目視覺異面雙圓的相對導(dǎo)航技術(shù),并通過數(shù)學(xué)和實驗驗證方案和算法的可行性。本文所取得的主要研究工作如下:
　　首先,在合作目標(biāo)航天器利用特殊標(biāo)識組成的特征點(diǎn)進(jìn)行相對導(dǎo)航的基礎(chǔ)上,結(jié)合航天器自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn),提出了在合作目標(biāo)上的特殊標(biāo)識出現(xiàn)故障或非合作目標(biāo)上沒有特殊標(biāo)識造成無法估計相對位姿情況下的基

2、于線和點(diǎn)線結(jié)合的方案。推導(dǎo)了特征點(diǎn)共線誤差和特征線共面誤差的統(tǒng)一描述方法,利用快速全局收斂的正交迭代法求解相對位姿參數(shù),并對該算法進(jìn)行仿真驗證。
　　其次,根據(jù)多數(shù)航天器都會設(shè)計圓形構(gòu)造、圓形從各方位都應(yīng)幾乎都為橢圓圓和圓的空間恢復(fù)精度高等特點(diǎn),本文研究了空間圓的恢復(fù)和利用空間圓的位姿估計問題。針對單目視覺下圓的一張圖像恢復(fù)空間圓時圓平面存在二義性且確定圓心的位置須先獲得圓的半徑信息,本文提出了雙目視覺消除圓平面二義性問題及在半徑

3、未知的情況下恢復(fù)空間圓的位置;并在雙目視覺下,利用異面雙圓對航天器相對位姿參數(shù)進(jìn)行估計。通過仿真驗證了本文提出的圓的空間恢復(fù)的可行性及圓的空間位置恢復(fù)的高精度性,并估計出了相對位姿參數(shù)。
　　最后,針對高階特征提取不同于特殊標(biāo)識通過閾值處理就能獲得信息的問題,采用Hough變換來提取目標(biāo)結(jié)構(gòu)上的特征線,并對由于特征邊緣粗糙引起的提取問題提出了解決方案;根據(jù)實驗的需求,對所用像機(jī)內(nèi)參數(shù)采用張正友標(biāo)定法進(jìn)行了標(biāo)定。結(jié)合所提取的特征與標(biāo)